KR20100087093A - Polythienylenevinylene thermoelectric conversion material - Google Patents

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KR20100087093A
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polythienylenevinylene
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conversion material
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유지 히로시게
나오끼 도시마
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
갓코호우징 도쿄리카다이가쿠
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Abstract

열전 변환 소자는 하기 화학식 1:

Figure pct00014

(여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 알콕시 또는 알킬 기임)로 나타내어지는 단위를 포함하는 폴리티에닐렌비닐렌을 포함하는 열전 변환 재료를 포함하며, 열전 변환 재료는 도펀트로 도핑된다.The thermoelectric conversion element is represented by the following formula 1:
Figure pct00014

Wherein R1 and R2 are each independently a hydrogen atom or an alkoxy or alkyl group, and include a thermoelectric conversion material comprising polythienylenevinylene, wherein the thermoelectric conversion material is doped with a dopant.

Description

폴리티에닐렌비닐렌 열전 변환 재료{POLYTHIENYLENEVINYLENE THERMOELECTRIC CONVERSION MATERIAL}Polythienylenevinylene thermoelectric conversion material {POLYTHIENYLENEVINYLENE THERMOELECTRIC CONVERSION MATERIAL}

관련 출원과의 상호 참조Cross Reference with Related Application

본 출원은 2007년 9월 14일자로 출원되고 계류 중인 일본 특허 출원 제2007-239357호의 이득을 청구하며, 상기 출원의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.This application claims the benefit of Japanese Patent Application No. 2007-239357, filed and pending on September 14, 2007, the disclosure content of which is incorporated herein by reference in its entirety.

본 발명은 유기 열전 변환 소자, 폴리티에닐렌비닐렌 열전 변환 재료를 포함하는 열전 변환 소자, 및 열전 변환 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic thermoelectric conversion element, a thermoelectric conversion element comprising a polythienylenevinylene thermoelectric conversion material, and a method of manufacturing a thermoelectric conversion material.

열전 발전기 또는 펠티어 소자와 같은 열전 소자는 유리하게는 높은 열전 변환 효율을 갖고, 내구성이 있으며, 저비용으로 효율적으로 생산된다. BiTe, SiGe, PbTe 및 산화코발트와 같은 재료는 모두 무기 재료로부터 제조된 열전 변환 재료로 제안되어 집중적으로 연구되었다. 이러한 몇몇 무기 재료는 실용적인 특성을 갖는 것이 확인되었다. 그러나, 이러한 재료들 중, 일부 재료는 복잡한 공정을 통해 생산되어야 하고, 일부는 유독성이거나 유독한 부산물을 생성한다.Thermoelectric elements such as thermoelectric generators or Peltier elements advantageously have high thermoelectric conversion efficiency, are durable and are produced efficiently at low cost. Materials such as BiTe, SiGe, PbTe and cobalt oxide have all been proposed and intensively studied as thermoelectric conversion materials made from inorganic materials. Some of these inorganic materials have been found to have practical properties. However, of these materials, some materials must be produced through complex processes, and some produce toxic or toxic byproducts.

전기전도성 중합체와 같은 유기 열전 재료는 통상 용이하게 가공되고 일반적으로 안전하다. 그러나, 일반적으로 이들의 열전 변환 특성은 무기 재료에 필적하지 않는 것으로 생각된다. 폴리아닐린은 열전 재료로서 사용될 수 있는 전기전도성 중합체로 개시되었다 (일본 특허 공개 제2000-323758호 및 일본 특허 공개 제2001-326393호). 일본 특허 공개 제2002-100815호는 유기 용매에 용해될 때 분자 구조가 연장되는 폴리아닐린을 개시하고 있다. 이 용액으로 스핀 코팅된 기재는 열전 변환 재료의 박막을 형성한다. 그러나, 이 제조 방법을 고려하면, 실용적인 양의 생산이 복잡해질 것이다. 일본 특허 공개 제2003-332638호는 열전 변환 재료로서 폴리(3-알킬티오펜)을 개시하고 있다. 이 참고 문헌은, 열전 변환 재료가 요오드로 도핑될 때 제벡 계수(Seebeck coefficient) 및 전기 전도도가 증가하고, 그 결과 열전 변환 특성이 향상된다는 것을 개시하고 있다. 폴리페닐렌비닐렌 및 알콕시-치환된 폴리페닐렌비닐렌이 일본 특허 공개 제2003-332639호에 열전 변환 재료로서 개시되어 있다. 황산으로 도핑된 폴리페닐렌비닐렌 및 요오드로 도핑된 알콕시-치환된 폴리페닐렌비닐렌은 상대적으로 우수한 열전 변환 특성을 보여 주었다. 그러나, 황산-도핑된 폴리페닐렌-비닐렌은 가공이 어렵고 공기 분위기에서 안정성이 부족하였다.Organic thermoelectric materials, such as electrically conductive polymers, are usually readily processed and generally safe. However, in general, their thermoelectric conversion properties are considered to be incompatible with inorganic materials. Polyaniline has been disclosed as an electrically conductive polymer that can be used as a thermoelectric material (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-323758 and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-326393). Japanese Patent Laid-Open No. 2002-100815 discloses polyaniline in which the molecular structure is extended when dissolved in an organic solvent. The substrate spin-coated with this solution forms a thin film of thermoelectric conversion material. However, considering this manufacturing method, the production of a practical amount will be complicated. Japanese Patent Laid-Open No. 2003-332638 discloses poly (3-alkylthiophene) as a thermoelectric conversion material. This reference discloses that Seebeck coefficient and electrical conductivity increase when the thermoelectric conversion material is doped with iodine, resulting in improved thermoelectric conversion properties. Polyphenylenevinylene and alkoxy-substituted polyphenylenevinylene are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-332639 as a thermoelectric conversion material. Polyphenylenevinylene doped with sulfuric acid and alkoxy-substituted polyphenylenevinylene doped with iodine showed relatively good thermoelectric conversion properties. However, sulfuric acid-doped polyphenylene-vinylene is difficult to process and lacks stability in an air atmosphere.

따라서, 유리한 특성을 가지며 용이하게 제조될 수 있는 유기 열전 변환 재료에 대한 요구가 여전히 있다.Thus, there is still a need for organic thermoelectric conversion materials that have advantageous properties and can be easily manufactured.

유기 열전 변환 소자, 폴리티에닐렌비닐렌 열전 변환 재료를 포함하는 열전 변환 소자, 및 열전 변환 재료를 제조하는 방법이 제공된다.Provided are an organic thermoelectric conversion element, a thermoelectric conversion element including a polythienylenevinylene thermoelectric conversion material, and a method of manufacturing a thermoelectric conversion material.

도펀트로 도핑된 열전 변환 재료를 포함하는 열전 변환 소자가 제공된다. 열전 변환 재료는 하기 화학식 1로 나타내어지는 티에닐렌비닐렌 단위를 갖는 폴리티에닐렌비닐렌을 포함한다:A thermoelectric conversion element is provided that includes a thermoelectric conversion material doped with a dopant. The thermoelectric conversion material includes polythienylenevinylene having thienylenevinylene units represented by the following general formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 알콕시 또는 알킬 기이다.Wherein R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, an alkoxy or an alkyl group.

열전 변환 재료를 제조하는 방법이 또한 제공된다. 본 방법은 유기 용매에 폴리티에닐렌비닐렌 전구체를 용해시켜 전구체 용액을 형성하는 단계를 포함한다. 폴리티에닐렌비닐렌 전구체는 하기 화학식 3으로 나타내어지는 2개 이상의 단위를 갖는다:Also provided is a method of making a thermoelectric conversion material. The method includes dissolving a polythienylenevinylene precursor in an organic solvent to form a precursor solution. The polythienylenevinylene precursor has two or more units represented by the following general formula (3):

[화학식 3] (3)

Figure pct00002
Figure pct00002

여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 알콕시 또는 알킬 기이고, R3은 알콕시 기이다. 본 방법은 전구체 용액을 캐스팅(cast)하는 단계, 캐스팅된 전구체 용액을 건조시켜 전구체 성형체를 제조하는 단계, 전구체 성형체를 열적으로 분해시켜 폴리티에닐렌비닐렌 성형체를 제조하는 단계, 및 도핑 재료로 폴리티에닐렌비닐렌 성형체를 도핑하여 열전 변환 재료를 제조하는 단계를 추가로 포함한다.Wherein R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or an alkoxy or alkyl group, and R 3 is an alkoxy group. The method comprises casting a precursor solution, drying the cast precursor solution to produce a precursor molded body, thermally decomposing the precursor molded body to prepare a polythienylenevinylene molded body, and a poly with doping material. And doping the thienylenevinylene molded body to produce a thermoelectric conversion material.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 특징적 크기, 양, 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에서 용어 "약"에 의해 수식 되는 것으로 이해되는 것이다. 따라서, 그와 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 청구범위에 개시된 수치적 매개변수는 본 명세서에 개시된 교시를 이용하여 당해 분야의 숙련자에 의해 달성되고자 하는 요구되는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.Unless otherwise indicated, all numbers expressing characteristic sizes, amounts, and physical characteristics used in the specification and claims are to be understood as being modified in all instances by the term "about." Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in the foregoing specification and the appended claims may vary depending upon the desired properties sought to be achieved by one of ordinary skill in the art using the teachings disclosed herein. It is an approximation.

종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함)와 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.Reference to a numerical range by endpoint refers to any number within the range (eg, 1 to 5 includes 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, and 5) and within that range. It includes any range.

본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용되는 바와 같이, 단수형은 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"이라는 용어는 일반적으로 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 이용된다.As used in this specification and the appended claims, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. As used in this specification and the appended claims, the term “or” is generally employed in its sense including “and / or” unless the content clearly dictates otherwise.

열전 변환 재료를 포함하는 열전 변환 소자 및 이 재료를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 일 태양에서, 열전 변환 재료를 포함하는 열전 변환 소자가 제공된다. 열전 변환 재료는 하기 화학식 1로 나타내어질 수 있는 다수의 티에닐렌비닐렌을 포함하는 폴리티에닐렌비닐렌을 포함한다:Disclosed herein is a thermoelectric conversion element comprising a thermoelectric conversion material and a method of manufacturing the material. In one aspect, a thermoelectric conversion element is provided that includes a thermoelectric conversion material. The thermoelectric conversion material includes polythienylenevinylene including a plurality of thienylenevinylenes which can be represented by the following general formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure pct00003
Figure pct00003

여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 알콕시 또는 알킬 기이다. 폴리티에닐렌비닐렌은 도펀트로 도핑된다. 다른 실시 형태에서, 열전 변환 재료는 또한 화학식 2로 나타내어질 수 있는 페닐렌비닐렌 단위를 포함할 수 있다:Wherein R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, an alkoxy or an alkyl group. Polythienylenevinylene is doped with a dopant. In another embodiment, the thermoelectric conversion material may also include phenylenevinylene units, which may be represented by Formula 2:

[화학식 2][Formula 2]

Figure pct00004
Figure pct00004

다른 태양에서, 열전 변환 재료를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 유기 용매에 폴리티에닐렌비닐렌 전구체를 용해시켜 전구체 용액을 형성하는 단계를 포함한다. 폴리티에닐렌비닐렌 전구체는 화학식 3으로 나타내어질 수 있는 반복 단위를 갖는다:In another aspect, a method of making a thermoelectric conversion material is provided. The method includes dissolving a polythienylenevinylene precursor in an organic solvent to form a precursor solution. The polythienylenevinylene precursor has repeating units that can be represented by Formula 3:

[화학식 3](3)

Figure pct00005
Figure pct00005

여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 알콕시 또는 알킬 기이고, R3은 알콕시 기이다. 본 방법은 전구체 용액을 캐스팅하는 단계, 캐스팅된 전구체 용액을 건조시켜 전구체 성형체를 제조하는 단계, 전구체 성형체를 열적으로 분해시켜 폴리티에닐렌비닐렌 성형체를 제조하는 단계, 및 도핑 재료로 폴리티에닐렌비닐렌 성형체를 도핑하여 열전 변환 재료를 제조하는 단계를 추가로 포함한다.Wherein R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, an alkoxy or an alkyl group, and R 3 is an alkoxy group. The method comprises casting a precursor solution, drying the cast precursor solution to produce a precursor molded article, thermally decomposing the precursor molded article to prepare a polythienylenevinylene molded article, and polythienylenevinyl as a doping material. And doping the len molded article to produce a thermoelectric conversion material.

본 명세서에 개시된 열전 변환 소자는 가요성 전구체로부터 제조되는 중합체성 열전 변환 재료를 포함한다. 가요성 전구체는 열전 특성을 갖는 열전 변환 재료를 제공하도록 열적으로 분해된다. 본 명세서에 개시된 방법은 본 명세서에 개시된 열전 변환 소자에 사용될 수 있는 열전 변환 재료를 제공할 수 있다.Thermoelectric conversion elements disclosed herein include polymeric thermoelectric conversion materials made from flexible precursors. The flexible precursor is thermally decomposed to provide a thermoelectric conversion material having thermoelectric properties. The methods disclosed herein can provide thermoelectric conversion materials that can be used in the thermoelectric conversion elements disclosed herein.

본 명세서에 개시된 열전 변환 재료는 하기 화학식 1로 나타내어지는 티에닐렌비닐렌 단위를 포함하는 폴리티에닐렌비닐렌을 포함한다:Thermoelectric conversion materials disclosed herein include polythienylenevinylene comprising thienylenevinylene units represented by Formula 1 below:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pct00006
Figure pct00006

여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 알콕시 또는 알킬 기이다. 일 실시 형태에서, 상기 반복 단위를 포함하는 중합체는 폴리티에닐렌비닐렌으로 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 전구체는 폴리티에닐렌비닐렌을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 전구체는 하기 화학식 3으로 나타내어질 수 있다.Wherein R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or an alkoxy or alkyl group. In one embodiment, the polymer comprising the repeating unit may be used as polythienylenevinylene. In one embodiment, the precursor can be used to form polythienylenevinylene. Exemplary precursors may be represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

Figure pct00007
Figure pct00007

일 실시 형태에서, 폴리티에닐렌비닐렌은 하기 화학식 2로 나타내어질 수 있는 페닐렌비닐렌 단위를 또한 포함하는 공중합체일 수 있다:In one embodiment, the polythienylenevinylene may be a copolymer that also includes phenylenevinylene units, which may be represented by Formula 2:

[화학식 2][Formula 2]

Figure pct00008
Figure pct00008

일 실시 형태에서, 화학식 1 및 화학식 2의 단위를 포함하는 공단량체는 전구체 중합체의 가공성(processability)을 증가시킬 수 있다.In one embodiment, comonomers comprising units of Formula 1 and Formula 2 may increase the processability of the precursor polymer.

상기 화학식 1 및 화학식 3에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 알콕시 또는 알킬 기이다. 일 실시 형태에서, R1 및 R2는 각각 수소 원자이다. 이러한 실시 형태는 유리한 전기 전도도 특성을 제공할 수 있다. 일 실시 형태에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알콕시 또는 알킬 기이다. 일 실시 형태에서, 각각의 R1 및 R2는 3개 이하의 탄소 원자를 갖는 저급 알콕시 또는 저급 알킬 기, 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필 또는 아이소프로필 기이다. 일 실시 형태에서, R3은 알콕시 기이다. R3이 알콕시 기인 일 실시 형태에서, 이의 구체적인 독자성(specific identity)은 하기에 개시되는 바와 같이 전구체 중합체의 제조 중에 용매로서 사용되는 알코올에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, R3은 메탄올이 용매로서 사용될 때 메톡시 기일 수 있고, R3은 에탄올이 용매로서 사용될 때 에톡시 기일 수 있다.In Formula 1 and Formula 3, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or an alkoxy or alkyl group. In one embodiment, R 1 and R 2 are each hydrogen atoms. Such embodiments may provide advantageous electrical conductivity properties. In one embodiment, R 1 and R 2 are each independently alkoxy or alkyl groups. In one embodiment, each of R 1 and R 2 is a lower alkoxy or lower alkyl group having up to 3 carbon atoms, eg, methyl, ethyl, n-propyl or isopropyl groups. In one embodiment, R 3 is an alkoxy group. In one embodiment where R 3 is an alkoxy group, its specific identity can be determined by the alcohol used as solvent during the preparation of the precursor polymer, as described below. For example, R 3 can be a methoxy group when methanol is used as solvent and R 3 can be an ethoxy group when ethanol is used as solvent.

일 실시 형태에서, 본 발명에 사용된 폴리티에닐렌비닐렌은 당해 분야의 숙련자에게 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 하나의 이러한 예시적인 방법을 문헌[Journal of Chemical Society, Communication, 1448 (1987)]에서 확인할 수 있다.In one embodiment, the polythienylenevinylene used in the present invention can be prepared by methods known to those skilled in the art. One such exemplary method can be found in the Journal of Chemical Society, Communication, 1448 (1987).

폴리티에닐렌비닐렌을 제조하는 특정 예시적인 방법은 다음과 같이 이어진다. 2,5-다이메틸비스(테트라하이드로티오페늄 클로라이드)를 메탄올/물 혼합물과 같은 적합한 용매에 용해시켜 용액을 제조한다. 티에닐렌비닐렌 및 페닐렌비닐렌이 공중합되는 일 실시 형태에서, p-자일렌비스-(테트라하이드로티오페늄 클로라이드)가 이 용액에 첨가될 수 있다. 이어서, 단량체 용액을 저온 (예를 들어, 약 -30℃)으로 냉각시키고 교반한다. 이어서, 수산화나트륨 또는 수산화 테트라메틸암모늄과 같은 염기를 단량체 양과 대략 등가의 양으로 첨가하고, 생성된 용액을 저온에서 추가로 교반하여 중합 반응에 영향을 준다. 염산과 같은 산을 반응 용액에 적가하여 중합을 중지시키고, 용액 온도를 실온으로 회복되게 한다. 전구체 중합체가 용액으로부터 침전될 것이다. 상기에 개시된 특정 예에서, 전구체 중합체는 하기 화학식 4에 보여지는 바와 같은 화학식을 갖는다:Particular exemplary methods of making polythienylenevinylene follow. The solution is prepared by dissolving 2,5-dimethylbis (tetrahydrothiophenium chloride) in a suitable solvent such as a methanol / water mixture. In one embodiment where thienylenevinylene and phenylenevinylene are copolymerized, p-xylenebis- (tetrahydrothiophenium chloride) may be added to this solution. The monomer solution is then cooled to low temperature (eg, about −30 ° C.) and stirred. Subsequently, a base such as sodium hydroxide or tetramethylammonium hydroxide is added in an amount approximately equivalent to that of the monomer and the resulting solution is further stirred at low temperature to affect the polymerization reaction. An acid, such as hydrochloric acid, is added dropwise to the reaction solution to stop the polymerization and allow the solution temperature to return to room temperature. The precursor polymer will precipitate out of solution. In certain examples disclosed above, the precursor polymer has the formula as shown in Formula 4:

[화학식 4][Formula 4]

Figure pct00009
Figure pct00009

화학식 4에서, Me는 메탄올 용매로부터 유도되는 메틸 기이다. 따라서, 이 기는 다른 알코올과 같은 다른 용매를 사용함으로써 변경될 수 있다. 전구체 중합체가 회수되고 건조되어 고체 전구체 중합체를 제공할 수 있다.In Formula 4, Me is a methyl group derived from a methanol solvent. Thus, this group can be modified by using other solvents such as other alcohols. The precursor polymer can be recovered and dried to provide a solid precursor polymer.

이어서, 고체 전구체 중합체를 N-메틸피롤리돈과 같은 적합한 용매 중에 용해시킨다. 생성된 용액을 캐스팅하고 건조시켜 전구체 성형체(예를 들어, 필름)를 형성한다. 전구체 성형체가 가요성이기 때문에, 성형체는 원하는 용도에 따라서 용이하게 가공(예를 들어, 절단 등)될 수 있다.The solid precursor polymer is then dissolved in a suitable solvent such as N-methylpyrrolidone. The resulting solution is cast and dried to form precursor shaped bodies (eg films). Since the precursor molded body is flexible, the molded body can be easily processed (for example, cut or the like) according to the desired use.

이어서 전구체 성형체를 질소 분위기와 같은 불활성 분위기 내에서 수 시간 동안 고온으로 가열함으로써 열적으로 분해시켜 폴리티에닐렌비닐렌을 제조한다. 일 실시 형태에서, 열 분해는 약 200℃에서 수행될 수 있다. 일 실시 형태에서, 열 분해는 예를 들어 HCl 가스와 같은 산 촉매를 사용함으로써 120℃ 미만의 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 더 낮은 열 분해 온도는 전기 전도도를 낮출 수 있는 카르보닐 기의 형성을 억제할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 염산, 아세트산 또는 포름산과 같은 양성자성 산이 산 촉매로 사용될 수 있다.The precursor molded body is then thermally decomposed by heating to a high temperature for several hours in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere to produce polythienylenevinylene. In one embodiment, thermal decomposition may be performed at about 200 ° C. In one embodiment, pyrolysis can be carried out at temperatures below 120 ° C., for example by using an acid catalyst such as HCl gas. In such embodiments, lower pyrolysis temperatures can inhibit the formation of carbonyl groups that can lower electrical conductivity. In other embodiments, protic acids such as hydrochloric acid, acetic acid or formic acid can be used as the acid catalyst.

전구체 중합체 필름이 열 분해 전에 선택적으로 연신될 수 있다. 이는 필요한 것은 아니지만 (하기에 정의된 바와 같이) 열전 변환 재료의 출력 계수 P의 향상으로 이어진다. 연신은 예를 들어 약 1.5 내지 약 10의 연신비 (연신 후의 필름 길이 L1 / 연신 전의 필름 길이 L0)로 수행될 수 있다. 중합체 전구체가 열 분해 전에 연신되는 실시 형태에서, 전구체 중합체의 중량 평균 분자량은 약 3 × 104 이상일 수 있다. 중합체 전구체가 열 분해 전에 연신되는 실시 형태에서, 전구체 중합체의 중량 평균 분자량은 약 6 × 104 이상일 수 있다. 이와 같은 분자량은 분자 배향의 향상 때문에 연신으로 인한 출력 계수 P를 더욱 향상시킬 수 있다.The precursor polymer film may optionally be stretched before thermal decomposition. This is not necessary but leads to an improvement in the output coefficient P of the thermoelectric conversion material (as defined below). Stretching can be carried out, for example, at a draw ratio of about 1.5 to about 10 (film length L 1 after stretching / film length L 0 before stretching). In embodiments in which the polymer precursor is stretched prior to thermal decomposition, the weight average molecular weight of the precursor polymer may be at least about 3 × 10 4 . In embodiments in which the polymer precursor is stretched prior to thermal decomposition, the weight average molecular weight of the precursor polymer may be at least about 6 × 10 4 . Such molecular weight can further improve the output coefficient P due to stretching because of the improvement in molecular orientation.

이어서, 생성된 중합체를 도펀트로 도핑하여 열전 변환 재료를 제조할 수 있다. 사용될 수 있는 도펀트의 예에는 요오드와 같은 할로겐, PF5와 같은 루이스 산, 및 FeCl3와 같은 할로겐화물이 포함되지만 이들로 한정되는 것은 아니다. 도펀트는 반복 단위의 몰당 약 0.5 몰 이상의 도펀트의 양으로 첨가될 수 있다.The resulting polymer can then be doped with a dopant to produce a thermoelectric conversion material. Examples of dopants that may be used include, but are not limited to, halogens such as iodine, Lewis acids such as PF 5 , and halides such as FeCl 3 . The dopant may be added in an amount of at least about 0.5 mole dopant per mole of repeating unit.

임의의 분자량의 폴리티에닐렌비닐렌이 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 폴리티에닐렌비닐렌의 분자량은 약 10,000 내지 약 1,000,000일 수 있다. 분자량은 일반적으로 약 8 내지 약 800의 폴리티에닐렌비닐렌 단일중합체의 중합도(degree of polymerization)에 상응할 수 있다. 만약 중합도가 너무 낮으면, 재료는 충분한 강도를 갖지 않는다. 만약 중합도가 너무 높으면, 전구체 중합체 재료는 가공하기 어려워질 수 있다.Any molecular weight polythienylenevinylene may be used. In one embodiment, the molecular weight of polythienylenevinylene may be about 10,000 to about 1,000,000. The molecular weight may generally correspond to the degree of polymerization of the polythienylenevinylene homopolymer of about 8 to about 800. If the degree of polymerization is too low, the material does not have sufficient strength. If the degree of polymerization is too high, the precursor polymer material can be difficult to process.

필름이 열적으로 분해되기 전에 선택적으로 연신되는 실시 형태에서, 약 50 이상의 중합도는 분자 배향을 향상시킬 수 있고 이는 또한 열전 특성을 향상시킬 수 있다. 필름이 연신되는 다른 실시 형태에서, 약 100 이상의 중합도는 분자 배향을 향상시킬 수 있고 이는 또한 열전 특성을 향상시킬 수 있다.In embodiments in which the film is selectively stretched before thermally decomposing, a degree of polymerization of at least about 50 can improve molecular orientation, which can also improve thermoelectric properties. In other embodiments in which the film is stretched, a degree of polymerization of at least about 100 can improve molecular orientation, which can also improve thermoelectric properties.

폴리티에닐렌비닐렌의 분자량은 폴리스티렌 표준 물질(standard)을 이용하는 젤 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정될 수 있다. 예시적인 특정 측정 방법의 추가 상세 내용은 실시예에 기재된다.The molecular weight of polythienylenevinylene can be measured by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene standards. Further details of certain exemplary measurement methods are described in the Examples.

열전 변환 재료의 열전 변환 특성은 출력 계수 P에 의해 평가될 수 있다. 출력 계수 P는 재료의 전기 전도도 σ(S/㎝) 및 재료의 온도당 기전력(electromotive force), 즉 제벡 계수 S (V/K)에 의해 결정될 수 있고, 하기와 같이 결정될 수 있다:The thermoelectric conversion properties of the thermoelectric conversion material can be evaluated by the output coefficient P. The output coefficient P can be determined by the electrical conductivity σ (S / cm) of the material and the electromotive force per temperature of the material, ie Seebeck coefficient S (V / K), which can be determined as follows:

P = S2 × σ (Wm-1K-2)P = S 2 × σ (Wm -1 K -2 )

본 명세서에 기재된 폴리티에닐렌비닐렌 열전 변환 재료는 출력 계수 P가 적어도 약 10 × 10-8 Wm-1K-2일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 열전 변환 재료는 출력 계수 P가 적어도 약 100 × 10-8 Wm-1K-2일 수 있다.The polythienylenevinylene thermoelectric conversion material described herein may have an output coefficient P of at least about 10 × 10 −8 W m −1 K −2 . In some embodiments, the thermoelectric conversion materials described herein may have an output coefficient P of at least about 100 × 10 −8 W m −1 K −2 .

본 명세서에 개시된 열전 변환 소자는 일반적으로 열전 변환 반도체 또는 금속에 전기적으로 그리고 물리적으로 연결된 본 명세서에 개시된 열전 변환 재료를 포함하는 기본 단위(base unit)를 포함한다. 예시적인 열전 변환 반도체에는 비스무트 셀레나이드 또는 알루미늄-도핑된 산화아연과 같은 재료가 포함된다. 예시적인 금속에는 백금 또는 팔라듐과 같은 재료가 포함된다. 열전 변환 재료는 공지된 방법에 의해 열전 변환 반도체 또는 금속에 (전기적으로, 물리적으로 또는 둘 모두로) 연결될 수 있다. 예시적인 연결 방법에는 전도성 페이스트 접합, 또는 증착 또는 스퍼터링과 같은 코팅의 사용이 포함된다.Thermoelectric conversion elements disclosed herein generally comprise a base unit comprising a thermoelectric conversion material disclosed herein electrically and physically connected to a thermoelectric conversion semiconductor or metal. Exemplary thermoelectric semiconductors include materials such as bismuth selenide or aluminum-doped zinc oxide. Exemplary metals include materials such as platinum or palladium. The thermoelectric conversion material may be connected (electrically, physically or both) to the thermoelectric conversion semiconductor or metal by known methods. Exemplary connection methods include the use of conductive paste bonding, or coatings such as deposition or sputtering.

일부 실시 형태에서, 복수의 기본 단위가 연속적으로 연결되어 열전 변환 소자를 형성할 수 있다. 온도차가 연결 지점들 사이에 형성되는 실시 형태에서, 소자는 열전력(thermoelectric power)을 생산할 수 있는 열전 발전기일 수 있다. 전류가 이 소자를 통해 인가되는 실시 형태에서, 소자는 연결 지점들 사이에 열을 전달할 수 있는 펠티에 쿨러(Peltier cooler)일 수 있다.In some embodiments, a plurality of basic units may be connected in series to form a thermoelectric conversion element. In embodiments in which a temperature difference is formed between the connection points, the device may be a thermoelectric generator capable of producing thermoelectric power. In embodiments where current is applied through the device, the device may be a Peltier cooler capable of transferring heat between the connection points.

[실시예][Example]

본 발명은 실시예를 참고로 하여 하기에 설명되지만, 본 발명은 어떠한 방식으로도 그에 의해 제한되지 않는다.The invention is described below with reference to examples, but the invention is not limited thereto in any way.

실시예 1Example 1

폴리티에닐렌비닐렌 (PTV)을 하기 절차에 의해 합성하였다. 5.28 g의 2,5-티에닐렌 다이메틸비스(테트라하이드로티오페늄 클로라이드)를 49.2 ㎖의 메탄올 및 9.6 ㎖의 물의 혼합물에 용해시켰다. 이어서, 이 용액을 질소 가스로 퍼징시켰다. 이 용액을 -30℃로 냉각시키고 교반하면서, 단량체와 등가의 양으로 NaOH를 포함하는 수용액 (15 ㎖)을 퍼징된 용액에 적가하였다. 단량체 농도는 0.2 M이었고, 메탄올 대 물의 부피비는 2:1이었다. 용액을 질소 가스 유동 하에서 2시간 동안 -30℃에서 추가로 교반하였다. 이어서, 염산으로 이 용액을 중화시킴으로써 반응을 종결시켰다. 교반하면서 용액 온도를 실온으로 서서히 회복시켰다. 황색 침전물을 회수하고 흡입 여과하면서 물로 세척하였다. 고체를 건조시켜 26.1%의 수율로 전구체 중합체를 생성하였다.Polythienylenevinylene (PTV) was synthesized by the following procedure. 5.28 g of 2,5-thienylene dimethylbis (tetrahydrothiophenium chloride) was dissolved in a mixture of 49.2 mL of methanol and 9.6 mL of water. This solution was then purged with nitrogen gas. The solution was cooled to -30 [deg.] C. while stirring and an aqueous solution containing NaOH (15 mL) was added dropwise to the purged solution in an amount equivalent to that of the monomers. The monomer concentration was 0.2 M and the volume ratio of methanol to water was 2: 1. The solution was further stirred at −30 ° C. for 2 hours under a nitrogen gas flow. The reaction was then terminated by neutralizing this solution with hydrochloric acid. The solution temperature was slowly returned to room temperature with stirring. The yellow precipitate was recovered and washed with water with suction filtration. The solid was dried to yield the precursor polymer in a yield of 26.1%.

상기에서 수득된 PTV 전구체 중합체의 분자량을 젤 투과 크로마토그래피 (GPC)로 결정하였다. 전구체 분말을 N-메틸피롤리돈 (NMP)에 용해시켜 0.1 wt.%의 PTV 전구체 중합체를 포함하는 용액을 제조함으로써 GPC 결정을 수행하였다. 10 mM의 NaBF4를 포함하는 NMP 용액을 용출제로 사용하면서 실온에서의 굴절률 변화를 관찰하였다. 그 결과, 전구체 중합체의 중량 평균 분자량은 폴리스티렌을 기준으로 3.0 × 105으로 확인되었고, 다분산도(polydispersion)는 8.7인 것으로 확인되었다. 따라서 중합도는 250이었다.The molecular weight of the PTV precursor polymer obtained above was determined by gel permeation chromatography (GPC). GPC crystals were performed by dissolving the precursor powder in N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a solution comprising 0.1 wt.% Of the PTV precursor polymer. The change in refractive index at room temperature was observed while using an NMP solution containing 10 mM NaBF 4 as the eluent. As a result, the weight average molecular weight of the precursor polymer was found to be 3.0 × 10 5 based on polystyrene, and the polydispersion was found to be 8.7. Thus, the degree of polymerization was 250.

NMP에 용해된 PTV 전구체 중합체를 용기 내로 캐스팅하고, 감압 하에서 건조시켜 PTV 전구체 중합체 필름을 생성하였다. 이어서, PTV 전구체 중합체 필름을 5시간 동안 질소 가스 유동 하에서 200℃에서 열적으로 분해시켰다. PTV 필름이 적외선 흡수 측정을 받게 하였고, 전구체 중합체의 메톡시기로부터 유래하는 1,087 ㎝-1에서의 피크 소멸이 열 분해 후에 확인되었으며, 919 ㎝-1에서의 트랜스-비닐렌 C-H 축장 진동 피크(stretching vibration peak)가 관찰되었다. 따라서, PTV의 형성이 확인되었다.PTV precursor polymer dissolved in NMP was cast into a vessel and dried under reduced pressure to produce a PTV precursor polymer film. The PTV precursor polymer film was then thermally decomposed at 200 ° C. under nitrogen gas flow for 5 hours. The PTV film was subjected to infrared absorption measurements, peak disappearance at 1,087 cm −1 derived from the methoxy group of the precursor polymer was confirmed after thermal decomposition, and trans-vinylene CH length vibration peak at 919 cm −1 . peak) was observed. Therefore, formation of PTV was confirmed.

PTV 필름을 요오드로 도핑하여 전기 전도도를 나타내게 하였다. PTV 필름을 도핑을 위해 요오드 증기에 노출시켰다. 구체적으로, PTV 필름을 12시간 초과의 시간 동안 실온에서 감압 하에 고체 요오도와 함께 용기 내에 두었다. 도핑 처리 후, 포화된 요오드 증기로 PTV 필름을 완전히 도핑하였다. 완전한 도핑을 위한 도핑 시간은 도핑된 PTV 필름의 전기 전도도를 다양한 시간에서 측정함으로써 확인하였다. 전형적으로, 12시간의 도핑 시간은 PTV 필름을 완전히 도핑하기에 충분히 길었다. 도핑 수준은 PTV의 반복 단위당 요오드 원자 약 2개였다. 동일한 도핑 절차를 하기의 모든 실시예에 사용하였다. 2개의 열전대(Pt/PtRh)를 (카본 페이스트를 이용해) 필름의 표면(필름의 중앙)에 접합시키고, 2개의 전극(Pt)을 필름의 양 단부에 접합시켜 측정 요소를 제공하였다. 히터를 이용하여 샘플의 길이 방향으로 온도차 (약 5 K)를 형성하였다. 이어서, 기전력 및 온도차를 측정하였다. 측정된 값으로부터 온도차당 기전력, 즉 제벡 계수를 결정하였다. 4개의 탐침(probe)을 이용하여 동일한 시점에서 전기 전도도를 측정하였다. 제벡 계수 S 및 전기 전도도 σ로부터, 출력 계수 P를 하기 식을 이용하여 계산하였다: P = S2σ. 그 결과를 표 1에 나타냈다.PTV film was doped with iodine to show electrical conductivity. PTV film was exposed to iodine vapor for doping. Specifically, the PTV film was placed in a container with solid iodo under reduced pressure at room temperature for more than 12 hours. After the doping treatment, the PTV film was completely doped with saturated iodine vapor. Doping time for complete doping was confirmed by measuring the electrical conductivity of the doped PTV film at various times. Typically, the doping time of 12 hours was long enough to completely dope the PTV film. The doping level was about two iodine atoms per repeat unit of PTV. The same doping procedure was used in all of the examples below. Two thermocouples (Pt / PtRh) were bonded (using carbon paste) to the surface of the film (center of film) and two electrodes (Pt) were bonded to both ends of the film to provide a measurement element. A temperature difference (about 5 K) was formed in the longitudinal direction of the sample using a heater. Subsequently, electromotive force and temperature difference were measured. The electromotive force per temperature difference, ie, Seebeck coefficient, was determined from the measured values. Four probes were used to measure electrical conductivity at the same time point. From the Seebeck coefficient S and the electrical conductivity σ, the output coefficient P was calculated using the following formula: P = S 2 σ. The results are shown in Table 1.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 수득된 PTV 전구체 중합체 필름을 2의 연신율(elongation ratio)로 연신하였다. 연신된 필름을 질소 가스 유동 하에서 5시간 동안 200℃에서 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 연신에 의한 열전 특성의 향상은 표 1에서 실시예 1 및 실시예 2의 결과를 비교함으로써 알 수 있다.The PTV precursor polymer film obtained in Example 1 was stretched at an elongation ratio of two. The stretched film was thermally decomposed at 200 ° C. for 5 hours under a nitrogen gas flow to produce a PTV film. PTV film was doped with iodine using the procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The improvement of the thermoelectric properties by stretching can be seen by comparing the results of Example 1 and Example 2 in Table 1.

실시예 3Example 3

다음 사항을 제외하고는, PTV를 실시예 1에서와 같이 합성하였다. 5.37 g의 2,5-티에닐렌 다이메틸비스(테트라-하이드로티오페늄 클로라이드)를 113 ㎖의 메탄올 및 23 ㎖의 물의 혼합물에 용해시켰다. 이 용액을 -30℃로 냉각시키고 교반하면서, 1.1 당량의 NaOH (단량체 대비)를 포함하는 수용액 (15 ㎖)을 용액에 적가하였다. 단량체 농도는 0.1 M이었고, 메탄올 대 물의 부피비는 3:1이었다. 용액을 질소 가스 유동 하에서 4시간 동안 -30℃에서 추가로 교반하였다. 이 용액의 추가 처리는 실시예 1에서와 같이 일어났다. 그렇게 수득된 고체를 건조시켜 17.6%의 수율로 전구체 중합체를 생성하였다.PTV was synthesized as in Example 1 except for the following. 5.37 g of 2,5-thienylene dimethylbis (tetra-hydrothiophenium chloride) was dissolved in a mixture of 113 ml methanol and 23 ml water. The solution was cooled to −30 ° C. and with stirring, an aqueous solution (15 mL) containing 1.1 equivalents of NaOH (relative to monomer) was added dropwise to the solution. The monomer concentration was 0.1 M and the volume ratio of methanol to water was 3: 1. The solution was further stirred at −30 ° C. for 4 hours under a nitrogen gas flow. Further treatment of this solution occurred as in Example 1. The solid so obtained was dried to produce a precursor polymer in a yield of 17.6%.

PTV 전구체 중합체의 분자량을 GPC로 결정하였다. GPC 결정은, 테트라하이드로푸란 (THF)을 NMP 대신 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 수행하였다. 그 결과, 전구체 중합체의 중량 평균 분자량은 폴리스티렌을 기준으로 7.6 × 104인 것으로 확인되었고, 다분산도는 4.4인 것으로 확인되었다. 따라서 중합도는 120이었다.The molecular weight of the PTV precursor polymer was determined by GPC. GPC crystals were performed as in Example 1, except that tetrahydrofuran (THF) was used instead of NMP. As a result, the weight average molecular weight of the precursor polymer was found to be 7.6 × 10 4 based on polystyrene, and the polydispersity was found to be 4.4. Therefore, the degree of polymerization was 120.

PTV 전구체 중합체 필름을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 캐스팅하였다. 이러한 전구체 중합체 필름을 질소 가스 유동 하에서 10시간 동안 200℃에서 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 동일한 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.The PTV precursor polymer film was cast in the same manner as in Example 1. This precursor polymer film was thermally decomposed at 200 ° C. for 10 hours under a nitrogen gas flow to produce a PTV film. The PTV film was doped with iodine using the same procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

실시예 4Example 4

실시예 3에서 수득된 PTV 전구체 중합체 필름을 2의 연신율로 연신하였고, 이를 질소 가스 유동 하에서 10시간 동안 200℃에서 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 동일한 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.The PTV precursor polymer film obtained in Example 3 was stretched at an elongation of 2, which was thermally decomposed at 200 ° C. for 10 hours under a nitrogen gas flow to produce a PTV film. The PTV film was doped with iodine using the same procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

실시예 5Example 5

실시예 3에서 수득된 PTV 전구체 중합체 필름을 3의 연신율로 연신하였고, 이를 질소 가스 유동 하에서 10시간 동안 200℃에서 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 동일한 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 연신에 의한 열전 특성의 향상은 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5의 결과를 비교함으로써 알 수 있다.The PTV precursor polymer film obtained in Example 3 was drawn at an elongation of 3, which was thermally decomposed at 200 ° C. for 10 hours under a nitrogen gas flow to produce a PTV film. The PTV film was doped with iodine using the same procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The improvement of the thermoelectric characteristic by extending | stretching can be seen by comparing the result of Example 3, Example 4, and Example 5.

실시예 6Example 6

실시예 3에서 수득된 PTV 전구체 중합체 필름을 소량의 HCl 가스를 포함하는 질소 가스 유동 하에서 4시간 동안 100℃에서 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 동일한 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 같이 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 다른 조건 하에서 열 분해에 의한 열전 특성의 향상은 실시예 3 및 실시예 6의 결과를 비교함으로써 알 수 있다.The PTV precursor polymer film obtained in Example 3 was thermally decomposed at 100 ° C. for 4 hours under a nitrogen gas flow containing a small amount of HCl gas to produce a PTV film. The PTV film was doped with iodine using the same procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured as in Example 1. The results are shown in Table 1. The improvement of the thermoelectric properties by thermal decomposition under other conditions can be seen by comparing the results of Examples 3 and 6.

실시예 7Example 7

실시예 3에서 수득된 PTV 전구체 중합체 필름을 2의 연신율로 연신하였고, 이를 실시예 6에서와 동일한 방식으로 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 동일한 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 연신에 의한 열전 특성의 향상은 실시예 6 및 실시예 7의 결과를 비교함으로써 알 수 있다.The PTV precursor polymer film obtained in Example 3 was stretched at an elongation of 2, which was thermally decomposed in the same manner as in Example 6 to produce a PTV film. The PTV film was doped with iodine using the same procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The improvement of the thermoelectric properties by stretching can be seen by comparing the results of Example 6 and Example 7.

실시예 8Example 8

다음 사항을 제외하고는, PTV를 실시예 1에서와 같이 합성하였다. 5.88 g의 2,5-티에닐렌 다이메틸비스(테트라하이드로티오페늄 클로라이드)를 123 ㎖의 메탄올 및 5 ㎖의 물의 혼합물에 용해시켰다. 이 용액을 -30℃로 냉각시키고 교반하면서, 1.1 당량의 NaOH (단량체 대비)를 포함하는 수용액 (36 ㎖)을 용액에 적가하였다. 단량체 농도는 0.1 M이었고, 메탄올 대 물의 부피비는 3:1이었다. 용액을 질소 가스 유동 하에서 6시간 동안 -30℃에서 추가로 교반하였다. 이 용액의 추가 처리는 실시예 1에서와 같이 일어났다. 고체를 건조시켜 19.1%의 수율로 전구체 중합체를 생성하였다. PTV 전구체 중합체의 분자량을 실시예 3에서와 같이 GPC로 결정하였다. 전구체 중합체의 증량 평균 분자량은 폴리스티렌을 기준으로 1.3 × 104인 것으로 확인되었고, 다분산도는 2.7인 것으로 확인되었다. 따라서, 중합도는 30이었다. PTV 전구체 중합체 필름을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 수득하였다. 또한, 중합체 필름을 실시예 5에서와 동일한 방식으로 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 동일한 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.PTV was synthesized as in Example 1 except for the following. 5.88 g of 2,5-thienylene dimethylbis (tetrahydrothiophenium chloride) was dissolved in a mixture of 123 mL of methanol and 5 mL of water. The solution was cooled to -30 < 0 > C and with stirring, an aqueous solution (36 mL) containing 1.1 equivalents of NaOH (relative to monomer) was added dropwise to the solution. The monomer concentration was 0.1 M and the volume ratio of methanol to water was 3: 1. The solution was further stirred at −30 ° C. for 6 hours under nitrogen gas flow. Further treatment of this solution occurred as in Example 1. The solid was dried to yield the precursor polymer in a yield of 19.1%. The molecular weight of the PTV precursor polymer was determined by GPC as in Example 3. The increased average molecular weight of the precursor polymer was found to be 1.3 × 10 4 based on polystyrene, and the polydispersity was found to be 2.7. Therefore, the degree of polymerization was 30. PTV precursor polymer film was obtained in the same manner as in Example 1. In addition, the polymer film was thermally decomposed in the same manner as in Example 5 to produce a PTV film. The PTV film was doped with iodine using the same procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

실시예 9Example 9

실시예 8에서 수득된 PTV 전구체 중합체 필름을 6의 연신율로 연신하였고, 이를 실시예 6에서와 동일한 방식으로 열적으로 분해시켜 PTV 필름을 생성하였다. PTV 필름을 실시예 1에 기재된 동일한 절차를 이용하여 요오드로 도핑하였다. 생성된 PTV 필름의 열전 특성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.The PTV precursor polymer film obtained in Example 8 was drawn at an elongation of 6, which was thermally decomposed in the same manner as in Example 6 to produce a PTV film. The PTV film was doped with iodine using the same procedure described in Example 1. The thermoelectric properties of the resulting PTV film were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

실시예 8 및 실시예 9와 (고분자량 PTV의 연신에 대한) 다른 실시예들로부터의 결과의 비교는, PTV가 연신될 때에도 저분자량 PTV의 열전 특성의 향상이 덜 중요함을 나타낸다.Comparison of the results from Examples 8 and 9 with other examples (for stretching of high molecular weight PTVs) indicates that the improvement of the thermoelectric properties of low molecular weight PTVs is less important even when the PTVs are drawn.

Figure pct00010
Figure pct00010

이와 같이, 열전 변환 재료의 실시 형태들이 개시된다. 당업자는 개시된 것 이외의 실시 형태로 본 발명을 실시할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 개시된 실시 형태들은 제한이 아니라 예시를 위해 제시된 것이며, 본 발명은 이어지는 특허청구범위에 의해서만 제한된다.As such, embodiments of thermoelectric conversion materials are disclosed. Those skilled in the art will appreciate that the invention may be practiced in embodiments other than those disclosed. The disclosed embodiments are presented by way of illustration and not limitation, and the invention is limited only by the claims that follow.

Claims (10)

하기 화학식 1:
[화학식 1]
Figure pct00011

(여기서, R1 및 R2가 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 알콕시 또는 알킬 기임)로 나타내어지는 티에닐렌비닐렌 단위를 포함하는 폴리티에닐렌비닐렌을 포함하고, 도펀트로 도핑되는 열전 변환 재료를 포함하는 열전 변환 소자.
Formula 1:
[Formula 1]
Figure pct00011

Comprising a polythienylenevinylene comprising thienylenevinylene units represented by R 1 and R 2 , each independently being a hydrogen atom or an alkoxy or alkyl group, and comprising a thermoelectric conversion material doped with a dopant Thermoelectric conversion element.
제1항에 있어서, 열전 변환 재료는 적어도 약 10 × 10-8 Wm-1K-2의 출력 계수 P를 갖는 열전 변환 소자.The thermoelectric conversion element of claim 1, wherein the thermoelectric conversion material has an output coefficient P of at least about 10 × 10 −8 Wm −1 K −2 . 제1항 또는 제2항에 있어서, 열전 변환 재료의 폴리티에닐렌비닐렌은 약 8 내지 약 800의 중합도를 갖는 열전 변환 소자.3. The thermoelectric conversion device of claim 1, wherein the polythienylenevinylene of the thermoelectric conversion material has a degree of polymerization of about 8 to about 800. 4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열전 변환 재료의 폴리티에닐렌비닐렌은 적어도 약 50의 중합도를 가지며 연신된 필름인 열전 변환 소자.The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the polythienylenevinylene of the thermoelectric conversion material is a stretched film having a degree of polymerization of at least about 50. 5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리티에닐렌비닐렌은 하기 화학식 2로 나타내어지는 적어도 하나의 페닐렌비닐렌 단위를 추가로 포함하는 열전 변환 소자:
[화학식 2]
Figure pct00012
.
The thermoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the polythienylenevinylene further comprises at least one phenylenevinylene unit represented by the following Chemical Formula 2:
(2)
Figure pct00012
.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 출력 계수 P는 적어도 약 100 × 10-8 Wm-1K-2인 열전 변환 소자.The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the output coefficient P is at least about 100 × 10 −8 W m −1 K −2 . 하기 화학식 3:
[화학식 3]
Figure pct00013

(여기서, R1 및 R2가 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 알콕시 또는 알킬 기이고, R3이 알콕시 기임)으로 나타내어지는 적어도 2개의 단위를 포함하는 폴리티에닐렌비닐렌 전구체를 유기 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계;
전구체 용액을 캐스팅(casting)하는 단계;
캐스팅된 전구체 용액을 건조시켜 전구체 성형체를 제조하는 단계;
전구체 성형체를 열적으로 분해시켜 폴리티에닐렌비닐렌 성형체를 제조하는 단계; 및
폴리티에닐렌비닐렌 성형체를 도핑 재료로 도핑하여 열전 변환 재료를 제조하는 단계를 포함하는, 열전 변환 재료를 제조하는 방법.
Formula 3:
(3)
Figure pct00013

Wherein a polythienylenevinylene precursor comprising at least two units represented by R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or an alkoxy or alkyl group and R 3 is an alkoxy group is dissolved in an organic solvent Preparing a precursor solution;
Casting the precursor solution;
Drying the cast precursor solution to prepare a precursor molded body;
Thermally decomposing the precursor molded article to prepare a polythienylenevinylene molded article; And
A method of manufacturing a thermoelectric conversion material, comprising the step of doping a polythienylenevinylene molded body with a doping material to produce a thermoelectric conversion material.
제7항에 있어서, 열 분해는 산 촉매의 존재 하에서 약 120℃ 미만의 온도로 가열하는 것을 포함하는, 열전 변환 재료를 제조하는 방법.The method of claim 7, wherein the thermal decomposition comprises heating to a temperature of less than about 120 ° C. in the presence of an acid catalyst. 제7항 또는 제8항에 있어서, 전구체 성형체는 필름이고, 상기 필름을 연신하는 단계를 추가로 포함하는, 열전 변환 재료를 제조하는 방법.The method of manufacturing a thermoelectric conversion material according to claim 7 or 8, wherein the precursor molded body is a film, further comprising the step of stretching the film. 제9항에 있어서, 전구체 성형체는 필름이고 적어도 약 3 × 104의 중량 평균 분자량을 갖는, 열전 변환 재료를 제조하는 방법.The method of claim 9, wherein the precursor shaped body is a film and has a weight average molecular weight of at least about 3 × 10 4 .
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